автореферат диссертации по безопасности жизнедеятельности человека, 05.26.01, диссертация на тему:Развитие научных основ усовершенствованиясредств локализации и пылеудаления промышленных аспирационных систем

Нарр^вах ¡^^описи ОЛИФЕР Владимир Дмитриевич

Развитие научных основ усовершенствования средств локализации и пылеудаления промышленных аспирационных систем

Специальность 05.26.01 - "Охрана труда"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Челябинск-2000

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте охраны труда ФНПР в г. Екатеринбурге

Официальные оппоненты

Доктор технических наук, профессор Черчинцев Вячеслав Дмитриевич

Доктор технических наук, профессор Ярцев Владимир Алексеевич

Доктор технических наук, профессор Ищук Игорь Григорьевич

Ведущая организация - Восточный научно-исследовательский институт по безопасности работ в горной промышленности

Защита диссертации состоится декабря 2000г. в 9 часов

на заседании диссертационного совета Д 135.10.01 НТЦ-НИИОГР по адресу: 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И.Ленина, 83

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НТЦ-НИИОГР

Автореферат разослан ноября 2000г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

А.В.Соколовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. По данным Всеобщей Конфедерации профсоюзов в Российской Федерации в целом по промышленности доя работников, занятых в неблагоприятных условиях труда, возросла с 7,8 % (1990 г.) до 21,2% (1996 г.). Службы Санэпиднадзора отмечают габильно высокий уровень загрязнения воздуха рабочей зоны в пер-^'ю очередь пылью. В структуре хронических профзаболеваний преоб-адают заболевания органов дыхания

Среди неблагополучных по состоянию воздушной среды пред-риятий особое место занимают производства, связанные с получени-VI, использованием, переработкой, транспортировкой сыпучих пыля-(их материалов. Запыленность воздуха на рабочих местах этих произ-эдств, как правило, многократно превышает допустимые пределы, 'аиболее высокие концентрации пыли наблюдаются на производст-гнных участках, где технологией предусмотрены погрузо-азгрузочные операции. Большое количество таких участков имеется а предприятиях стройматериалов, угольной и металлургической про-ышленности, тяжелого и энергетического машиностроения, энергети-и, предприятий по производству минеральных удобрений и многих ругих. Анализ условий труда на предприятиях по переработке мине-ального сырья, выполненный Научно-исследовательским институтом храны труда в г. Екатеринбурге, показал, что содержание пыли в воз-ухе рабочей зоны на участках перегрузки сыпучих материалов, как равило, в 2 - 3 раза превышает предельно допустимые концентрации ТДК). Нередки случаи превышения ПДК в 10 и более раз. При этом :е перегрузочные узлы были оснащены средствами локализации и пы-еудаления.

Актуальность проблемы повышения эффективности локализации удаления запыленного воздуха на предприятиях, имеющих техноло--1ческие участки перегрузки сыпучих материалов, подтверждается ключением работ данного направления в Программы ГКНТ СССР и ЦСПС по решению научно-технической Проблемы 0.74.08 на 1981 -985 г.г. (Задание 05.06 "Разработать и внедрить новые технические ешения по локализации и удалению вредных веществ, в том числе с астичной компенсацией удаленного воздуха необработанным"), Про-лемы 0.74.08 на 1986 - 1990 г.г. (Задание 05.01.д "Разработать и вне-рить комплекс мероприятий по повышению индустриальнссти, на-ежности и снижению металлоемкости систем: - вентиляции производ-

ственных помещений; - кондиционирования воздуха"), а также в задание 22.28 "Создать и освоить выпуск комплектных технических средств по борьбе с пылью и шумом для дробильно-измельчительного оборудования" Единого плана проведения фундаментальных и прикладных исследований, опытно-конструкторских и технологических работ по созданию высокоэффективных видов техники, технологии и материалов МНТК "Механобр" на 1986-1990г.г., утверждённое постановлением ГКНТ СССР от 14 августа 1986г. № 337. Диссертация базируется на совокупности указанных работ, а также на работах, выполненных позднее на основе результатов вышеупомянутого анализа условий труда.

Таким образом, повышение эффективности средств борьбы с пылью на участках перегрузки сыпучих материалов промышленных предприятий является проблемой, решение которой имеет важное народнохозяйственное значение.

Цель работы: в развитие научных основ повышения эффективности средств борьбы с пылью на участках перегрузки сыпучих материалов изыскать пути усовершенствования способов расчета и конструктивных решений средств локализации и пылеудаления промышленных аспирационных систем.

Основные задачи работы:

1) создать способы расчета аэродинамических параметров пыле-воздушных потоков, которые образуются в составе аэродисперсных систем, движущихся под действием гравитационных сил и аспирационных отсосов в перегрузочных узлах;

2) изыскать пути усовершенствования конструкций локализующих устройств посредством использования аэродинамических свойств запыленных воздушных потоков для снижения интенстивности процессов пылевыделения;

3) разработать способы расчета минимальных и достаточных расходов аспирационного воздуха для обеспечения устойчивых процессов обеспыливания перегрузочных узлов, рассматриваемых в качестве участков аспирационных сетей;

4) изыскать способы повышения гидравлической устойчивости промышленных аспирационных систем с целью обеспечения стабильных расходов воздуха в локализующих устройствах.

Идея работы: на основе теоретических и экспериментальных исследований процессов движения аэродисперсных систем в перегрузочных узлах, используя аэродинамическую структуру потоков воздуха и методы подобия при моделировании этих процессов, разработать мето-

дологические основы расчета и конструирования промышленных аспи-рационных систем, включающих средства локализации и удаления пыли.

Методы исследований. Для решения поставленных задач применялись основные методы гидродинамики с использованием уравнений Навье-Стокса, неразрывности, количества движения, уравнений динамики потоков воздуха и сыпучих материалов. Методическое обеспечение экспериментальных исследований разрабатывалось в соответствии с основными положениями теории подобия с применением численных методов прикладной математики. При экспериментах применялись методы визуализации потоков воздуха и фотосъёмка.

Научные положения, представленные к защите.

1. Процессы движения аэродисперсных систем в перегрузочных узлах сыпучих материалов и аэродинамические параметры этих узлов обусловлены взаимодействием аспирируемого пылевоздушного потока и потока сыпучего материала как эжектора.

2. Взаимодействие вышеуказанных потоков определяется с одной стороны интегральной характеристикой сыпучего материала, а с другой - физическими параметрами пылевоздушной смеси.

3. При стесненном движении падающего сыпучего материала в закрытых, желобах скорость воздуха, при которой наступает динамическое равновесие между тормозящим и эжектирующим действием этого материала, равна средней скорости движения его частиц.

4. Результирующая сил сопротивления и эжекции может быть представлена как сила сопротивления движению воздуха, которая может иметь как положительное, так и отрицательное значение.

5. При определении аэродинамических характеристик аспираци-онных систем укрытия перегрузочных узлов рассматриваются как их составляющие участки.

6. В качестве магистральных участков аспирационных систем технологически оправдано и экономически выгодно использование безосадительных коллекторов со сложным профилем изменения эпюры скоростей пылевоздушного потока.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована:

- использованием апробированных методов исследований при решении поставленных задач;

- удовлетворительной сходимостью теоретических положений с результатами экспериментальных исследований;

- сопоставимостью и хорошей сходимостью результатов проверки параме-

тров локализующих и пылеудаляющих устройств с их расчетными значениями;

- стабильными положительными результатами внедрения разработанных локализующих устройств и систем пылеудаления на предприятиях различных отраслей промышленности.

Научная новизна результатов исследований заключается в разра ботке единой методологической основы для расчета и усовершенство вания технических средств локализации и удаления запылённого возду ха, а также в создании новых локализующих устройств промышленные аспирационных систем. В число новых научных результатов входят:

- установленные автором закономерности формирования и разви тия запыленных воздушных потоков в емкостях и каналах сложно! конфигурации, каковыми являются укрытия перегрузочных узлов аспи рационных систем;

- теоретическая модель взаимодействия воздуха и сыпучего мате риала в вертикальном желобе;

- теоретическая модель процесса взаимодействия сыпучего мате риала и воздуха в неограниченном пространстве;

- совокупность зависимостей расхода эжектируемого воздуха с параметров потока сыпучего материала;

- способ усреднения скорости движения частиц сыпучего мате риала в процессе динамического взаимодействия материала и пылевоз душной смеси;

- математическая модель процесса протяженной аспирации пр! постоянном динамическом давлении;

- математическая модель процесса формирования и транспорта ровки аэродисперсных систем в вихревом коллекторе

- аэродинамические характеристики локализующих устройст: промышленных аспирационных систем;

- способы компоновки и методы расчета аспирационных систем < безосадительными коллекторами.

Личный вклад автора. Работа содержит результаты многолетни? исследований, выполненных лично автором, при непосредственно?» участии или под его руководством. Лично автором проведён комплекс исследований процесса динамического взаимодействия потоков сыпу чих материалов и воздуха в вертикальных желобах. При этом разрабо тапы теоретические предпосылки экспериментальных исследованш процесса, разработана методологическая база исследований аэродис персных систем с использованием основных положений теории подо бия, проведены обширные экспериментальные исследования, на основ!

которых разработан способ расчета аэродинамических параметров процессов перегрузки сыпучих материалов по вертикальным желобам.

Под руководством автора диссертации проведены исследования эжекционных свойств свободно падающих потоков сыпучих материале, исследование аэродинамических характеристик локализующих /стройств, коллекторных систем. В этой части исследований вклад автора заключается в разработке теоретических предпосылок, разработке л научном обосновании новых конструктивных решений и методических основ исследований, ан&чизе экспериментальных данных и обобщении результатов. В большинстве лабораторных и производственных жспериментальных исследований автор диссертации принимал непосредственное участие. Лично автором проведён анализ и научное обобщение комплекса многолетних исследований в рамках темы диссертации.

Практическая значимость. Разработанные способы расчета и /совершенствования средств локализации, на основе которых подготовлено 7 нормативно-технических документов, позволяют при проектировании новых и реконструкции существующих объектов создавать одежные, экономичные и эффективные системы коллективной защиты работающих от пыли на предприятиях, использующих или получаю-цих сыпучие материалы. Применение созданных в процессе работы технических средств локализации и удаления запыленного воздуха дает юзможность решить задачи обеспыливания производственных участ-сов, на которых эти задачи считались практически не решаемыми большое количество источников пылевыделений при низком коэффициенте одновременности работы оборудования, обеспыливание протя-кенных источников при стеснённых местных условиях и др.). На осно-$е результатов работы пройден важный этап на пути к созданию ком-шектных средств борьбы с пылью для наиболее широко распростра-гённого технологического оборудования. Разработанные основы усо-¡ершенствования локализующих устройств и систем открывают путь к юзданию новых высокоэффективных, экономичных и надёжных конструкций.

Реализация результатов работы.

Результаты работы в виде методических рекомендаций широко 1спользовались в практике проектирования промышленных систем ас-шрации ведущими проектными организациями Минчермета и Мин-геетмета (Союзным, Уральским, Челябинским, Магнитогорским ГИ-1РОМЕЗами; Механобром, г.Санкт-Петербург; ГИПРОКОКСом,

Уралмеханобром и др.), а также проектными отделами крупных предприятий металлургической промышленности при участии НИИ охраны труда (НТМК, ММК, Высокогорский ГОК и др.). Образцы локализирующих устройств внедрены на большом числе предприятий и дают существенные, экономический и социальный эффекты (Н.-Тагильский МК, Магнитогорский МК, Первоуральский динасовый завод, Перво-уральское РУ, Усть-Каменогорский СЦК, Высокогорский ГОК и многие другие). Результаты работы использованы при проектировании 42 промышленных аспирационных систем на 30 предприятиях. Внедрено 13 технических решений, из которых 2 подготовлены к серийному производству, 11 - к широкому внедрению в виде комплектов рабочих чертежей и технических заданий на разработку серийных изделий. Предприятия и организации, применившие результаты данной работы в своей деятельности, дали положительные оценки нормативно-техническим документам и подтвердили высокую оздоровительную и экономическую эффективность внедрения разработок.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на Всесоюзной научно-технической конференции по борьбе с пылью и профилактике пневмокониозов на предприятиях угольной промышленности (г. Донецк, 1979), Всесоюзном научно-техническом симпозиуме "Физико-технические проблемы управления воздухообменом в горных выработках больших объёмов" (г. Кохтла-Ярве, 1983), семинаре "Обеспыливающая вентиляция" (г. Москва, МДНТП, 1984), Всесоюзной научно-технической конференции "Актуальные проблемы охраны труда в промышленности" (г. Ленинград, 1986), семинаре "Современные направления развития промышленной вентиляции" (г. Москва, МДНТП. 1986), научно-технической конференции "Защита окружающей среды и промышленных зданий от агрессивных производственных выбросов" (г. Свердловск, 1987), научно-технической конференции "Уралэколгия. Техноген-2000" (г. Екатеринбург, ДНТ, 2000) и других конференциях и семинарах.

Публикации. Научные положения и материалы диссертации опубликованы в 84 печатных работах, включая 15 патентов и авторских свидетельств на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и 8 приложений. Работа изложена на 257 страницах, содержит 110 рисунков, 8 таблиц. Библиографический список состоит из 203 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.УСЛОВИЯ ТРУДА НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ СЫПУЧИХ РУДНЫХ И НЕРУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Глубокий и подробный анализ состояния охраны труда на предприятиях по переработке минерального сырья, выполненный Екатеринбургским научно-исследовательским институтом охраны труда в 19871988 гг., показал, что преобладающим вредным фактором на этих предприятиях является повышенная запылённость воздуха. Исходные данные зля анализа были получены в результате обследования (16) и анкетного эпроса (19) крупных предприятий горно-металлургического комплекса, ;реди которых Качканарский, Северный, Гайский, Учаликский, Полтав-жий ГОКи, Норильский, Джезказганский, Алмалыкский ГМК, Тырныа-/зский ВМК, Первоуральский динасовый завод, ПО "Апатит", НТМК, Зово-Липецкий МК. Сбор необходимых материалов производился путём зизуального обследования объектов, бесед с обслуживающим персона-юм и руководителями производственных участков, цехов, предприятий, :лужб ОТ и ТБ , изучения материалов, имеющихся в отделах ОТ и ТБ, ¡аводских лабораториях, здравпунктах. В числе основных задач этих ис-¡ледований было выявление уровней профессиональной заболеваемости, юставления перечня неблагоприятных факторов, вызвавших эти заболе-$ания, анализ причин организационного и технического характера, след-ггвием которых стали неудовлетворительные условия труда. С целью збеспечения объективности оценки состояния условий труда, обуслов-генных современным уровнем технических средств защиты работающих >т вредных производственных факторов, для исследований выбраны федпрнптия, имеющие достаточно высокую культуру пронзводст-5а, оснащенные всем комплексом технических средств коллективной ¡ащиты. Немаловажно, что работа проводилась в период, когда предпри-(тия еще не находились под воздействием экономического спада.

Анализ собранных материалов показал, что более половины сред-шсписочной численности работающих имеют неблагоприятные условия руда - в среднем по всем предприятиям 51,2 %. Причем на некоторых федприятиях это число превышает 60%. По отдельным вредным произ-¡одственным факторам получены следующие показатели: по шуму -1,8 %, по вибрации - 4,0 %, по запыленности воздуха - 24,2 %, по остальным - 11,2 %. Таким образом, преобладающим вредным фактором [вляется повышенная запыленность воздуха. В этом убеждает и анализ

профессиональной заболеваемости на обследованных предприятиях, уровень которой достаточно высок, и динамика которой не имеет тенденции к снижению. Наиболее высокая запыленность воздуха наблюдается на участках приемных и промежуточных бункеров, подготовки шихты, конвейерного транспорта, погрузки сыпучих материалов в железнодорожные вагоны, т.е. на технологических участках, связанных с погрузо-разгрузочными операциями на трактах движения сыпучих материалов. Согласуются с этими выводами и первостепенные причины, названные предприятиями. Наиболее часто назывались:

а) отсутствие проектных решений (приемные и промежуточные бункера, места загрузки железнодорожных вагонов, вагон-весов);

б) несовершенные конструкции укрытий перегрузочных узлов конвейерного транспорта;

в) неудовлетворительные расходы удаляемого от укрытий воздуха;

г) неукомплектованность оборудования средствами локализации пылевыделений;

д) неустойчивая работа систем аспирации.

Многообразие погрузочно-разгрузочных узлов как источников выделения пыли требует их классификации по признакам, позволяющим применить идентичные способы расчета и конструктивные решения средств локализации пылевыделений. Существующие классификационные схемы, разделяющие оборудование на группы по технологическим признакам без увязки с особенностями дальнейшего расчета аспирацион-ных воздухообменов и локализующих устройств, не могут удовлетворить.

В данной заботе предлагается классифицировать перегрузочные узлы по степени взаимодействия процессов эжекции воздуха падающим материалом и всасывания его в аспирационное устройство. Это позволяет внести определенную строгость в подход к расчету и конструированию средств локализации запылённых воздушных потоков:

К первой группе могут быть отнесены узлы загрузки открытых бункеров, в которых взаимное влияние процессов эжекции и всасывания в воздухоприемное устройство невелико, и эти процессы можно рассматривать как самостоятельные (рис. 1.1).

Вторую группу составят узлы загрузки закрытых емкостей по желобам (рис.1. II). В этих случаях наблюдается жесткая увязка вышеупомянутых процессов практически единым расходом воздуха.

Третью группу составляют перегрузки конвейерного транспорта, в которых количества эжектируемого и аспирационного воздуха находятся в определенной зависимости, обусловленной конструкцией ниж-

него укрытия и оптимальным соотношением расходов эжектируемого и подсасываемого через неплотности воздуха (рис. 1. III).

К четвертой группе отнесены погрузо-разгрузочные операции с использованием подвижного пылящего оборудования. Аспирационные устройства в этих случаях также устанавливают определённую взаимосвязь расходов воздуха, но взаимосвязь должна быть определена для каждого конкретного случая, и для расчета аспирации необходимы четкие и конкретные сведения об аэродинамических характеристиках локализующих устройств (рис.1. IV).

Сложность аэродинамических процессов и невозможность применения традиционных подходов к локализации запылённых воздушных потоков в узлах первой группы для большинства предприятий задачу обеспыливания этих участков превратили в неразрешимую.

Обеспыливание процессов второй группы является задачей относительно простой, если загружаемые бункера достаточно герметичны. В этом случае она сводится к определению количества нагнетаемого в бункер воздуха. Имеющиеся в литературе рекомендации для этих случаев дают вполне удовлетворительные результаты расчетов.

Существующие рекомендации по расчету аспирации перегрузочных узлов конвейерного транспорта имеют весьма существенный недостаток, заключающийся в необходимости назначать конкретную величину разрежения в укрытии, что влечет за собой значительные отклонения расчетных величин воздухообменов от потребных.

Четвёртую группу источников пылевыделений (рис.1. IV) можно отнести к малоизученным с точки зрения их обеспыливания.

Закономерно, что погрузо-разгрузочные операции всегда привлекали внимание исследователей интенсивностью пылевыделений и сложностью аэродинамических процессов. Имеется ряд работ, содержащих оригинальные решения, на основе некоторых из них созданы нормативно-технические документы по расчету и конструированию средств локализации и удаления воздуха. В этой области плодотворно вели исследования Бутаков С.Е., Бошняков E.H., Ващенко B.C., Гервасьев A.M., Ищук И.Г., Камышенко М.Т., Килин П.И., Красиков Н.И., Круглое Г.А., Логачев И.Н., Мамбетсадыков М.Б., Минко В.А., Нейков О.Д., Серенко A.C., Сорокин В.В., Шелекетин A.B., Шумилов Р.Н., а также зарубежные учёные Anderson D.M., Biankoni W.O., Dennis R., Hatch Т.Е., Hemeon W.C.L., Knudson J.F., Kruse C.W., Morrison J.N., Pettyjohn E.J., Pring R.T., Reggani G. и многие другие. Результаты этих исследований послужили научной платформой для выполнения данной работы.

II

•XV.

А

ш

[ff

iTLnsr-ч

JL

K.

—'W*—i J'tlpl

Рис.1. Классификация перегрузочных узлов I-загрузка открытых бункеров; II- загрузка закрытых герметичных бункеров; III- перегрузки конвейерного транспорта; IV- работа подвижного разгрузочного оборудования

I.Загрузка открытых II. Загрузка закрытых

бункеров (емкостей) герметичных бункеров. I -

III. Перегрузки конвейерного транспорта

IV. Погрузка-выгрузка при помощи подвижного оборудования

V Т

Усовершенствование методов расчета расходов воздуха

Т

Усовершенствование конструкций отсосов

Усовершенствование конструкций укрытий

Усовершенствование конструкции подвижных соединений воздуховодов

Усовершенствование

- конструкций аспирационных сетей

н;

Разработка теоретической модели аэродинамического процесса

Теоретическое обоснование способа усовершенствования или новой конструкции

V V

Вывод теоретических расчетных зависимостей

-2> >

уУ

V

Экспериментальные лабораторные исследования

V V У

Производствен ные экспериментальные исследования

Разработка способов расчета

§

■С—

V V У,

Описание новой конструкции (ТЗ,нате нтц,информ. листки и др.)

Подготовка нормативно-технической документации Разработка рабочих чертежей широкого применения Создание опытных образцов (ВК,МВК) Разработка проектов промышленных систем

V Г

Разработка методов расчета -> аспирационных воздухообменов

> Разработка конструкций локализующих -> устройств и методов их расчета

Рис.2.Основные этапы решения поставленных задач по классификационным группам

погрузо-разгрузочных операций

2. АНАЛИЗ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ЗАПЫЛЁННЫХ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ

Процесс взаимодействия потока сыпучего материала и окружающего его воздуха с точки зрения аэродинамики является достаточно сложным. Общеизвестно, что возникновение запылённых воздушных потоков при этом процессе является следствием сопротивления, которое оказывает воздух движущимся частицам материала. Сложный характер зависимости сопротивления частицы от режима её обтекания воздухом изучен достаточно глубоко. В рассматриваемом случае эта зависимость в еще большей степени усложнится ускоренным движением частиц и взаимным влиянием на режим обтекания в условиях стеснённого движения.

Поскольку решение поставленной задачи в конечном итоге зависит от величины, характеризующей суммарное воздействие падающих частиц на окружающий воздух, в данной диссертации в отличие от предыдущих работ был избран путь прямой интегральной оценки аэродинамических свойств потока сыпучего материала. Для этой цели была выбрана модель процесса падения частиц в вертикальном желобе, изображенная на рис.3. Данная модель представляет простейший вариант взаимодействия потока сыпучего материала и воздуха.

В качестве основных теоретических предпосылок для исследования данного процесса принято следующее:

а) поток сыпучего материала в желобе является элементом участка аспирационной сети, который может, как способствовать движению воздуха по желобу (режим эжекции). так и препятствовать этому движению (режим торможения);

б) условием обеспыливания узла является равенство:

ЛРВ=АР0, (1)

^е ЛРВ - (?„ + Н^Ь + ¿¡ВЬ1Х Щ- , (2) АР0 = С , О)

АРВ - потери давления при движении воздуха по желобу без учета ' действия материала, Па; ДРо - давление, развиваемое потоком падающих частиц, Па; , <^ВЬ1х - коэффициенты местного сопротивления входа в желоб, выхода из него, интегральный коэффициент динамического взаимодействия сыпучего материала и воздуха;

V - скорость движения воздуха по желобу, м/с; Уо - относительная скорость движения частиц материала и воздуха, м/с; II 1р- коэффициент потерь давления на трение, 1/м; Ь- высота расчетного участка, м; р - плотность воздуха, кг/м3.

а) Рб = 0 ДРВ = ЛРо

-. ' ^"о^Т • -'-¿К 1

б) ЛР0 = о Рб = АРв

Рис.3. Теоретическая модель взаимодействия воздуха и материала в вертикальном желобе 1 - расходный бункер; 2 - накопительный бункер; 3 - вертикальный желоб; 4 - коллектор; 5 - питатель; 6 - эпюры давления

Если принять

~вх гр ^в

(4)

то получим:

Аи

+ 2УУМ - У^ = 0 , (5)

где У = Уо-Ум. (6)

Положив, что С,ж - величина, которую можно определить на основе существующих методик, приходим к выводу, что уравнение (5) может быть решено при известной величине С1!л. Определению этой величины была посвящена серия опытов, проведенных в соответствии с основными положениями теории подобия. Систему основных уравнений, характеризующих исследуемый процесс, составят уравнения движения для "внутренней" и "внешней" задач, уравнение неразрывности и уравнение динамики движения сыпучего материала.

дх

дх

О

ёР--

ЗР.

дх

ау.

Эх

§Рм +РМУИ

ЭУ

■рУ —^ + ;

дх

ду дг

■ +

(7)

ох дх

Здесь: в - интегральная характеристика взаимодействия материала и воздуха, отнесённая к единице площади, занимаемой материалом в поперечном сечении желоба; - динамическая вязкость воздуха, кг/м с;

V2 - оператор Лапласа; рм - плотность материала, кг/м .

Под "внутренней" и "внешней" задачами понимается соответственно процесс взаимодействия воздуха со стенками желоба и процесс динамического взаимодействия материала и воздуха.

В результате операций приведения получен ряд безразмерных комплексов, которые были проанализированы на необходимость учёта их при проведении экспериментальных исследований. Обобщенное уравнение процесса динамического взаимодействия падающего материала и воздуха приняло следующий вид:

Еи„ =1

Р. в

"'В

(8]

г /

у

где Еио,11ео - числа Эйлера и Рейнольдса, записанные для относительной скорости движения воздуха и частиц материала; к - коэффициент, характеризующий степень заполнения желоба материалом; (1ср - средний диаметр частиц материала; Гч - коэффициент формы частиц; - гидравлический диаметр желоба.

Обработка опытных данных в соответствии с уравнением (8) потребовала изыскания способа определения средней скорости движения материала. Для этого была принята следующая предпосылка: если потери давления в желобе, по которому движутся воздух и сыпучий материал, равны потерям давления при движении воздуха в отсутствии материала, то средняя скорость движения частиц равна скорости движения воздуха. Экспериментальные исследования проводились на стенде, выполненном с максимальным приближением к теоретической модели (см. рис. 3). Для исследований использовались различные материалы с достаточно большим диапазоном изменения гранулометрического состава (см. табл.1).

Таблица 1

Основные характеристики потоков сыпучих материалов, исследованных на лабораторном стенде

Материал Крупность, мм Расход, кг/с Высота потока, м

Стальные шары 12,8; 9,4; 8,5; 7,8; 7,1 1,51-5-80 0,5+3,8

Гранит 0-4; 4-8; 8-12 0,64+6,0 0,5+3,8

Агломерат 0-4; 4-8; 8-12 1,5-5-6,0 0,5+3,8

Окатыши 8-12 1,5+6,0 0,5+3,8

Для определения средней скорости частиц в потоке была получена формула:

V

—^ = 1 + 0,26 V»

,1,4

V"

V м

(9)

где Ум, У^, V* - средняя, начальная и конечная скорости движения частиц материала, м/с.

Обработка опытных данных на основании уравнения (8) дала следующую зависимость:

Ей =±

( и V'75

П

ЧЬелУ

кт1Ч-(о,81 + 1,68 -106 -Ие;2) .

(10)

Здесь: числа Еи0 и Ке0 записаны со знаками осреднения; Ьед - единичная высота желоба, равная 3,8 м; ш и N - коэффициенты, учитывающие соответственно геометрическую форму частиц и крупность материала.

Для определения коэффициентов ш и N найдены соответствующие аналитические и графические зависимости.

Подставив в уравнение (5) значение коэффициента ¿¡м = 2Еио,

приведенного к скорости воздуха в желобе, получим выражение, характеризующее процесс взаимодействия воздуха и потока материала в вертикальном желобе:

+ 2УИУ-УИ2 -2,07-106 — = 0,(11)

1,62тКк

1,25

Г , ч1-75 п

Ад/

ср

где V - кинематический коэффициент вязкости воздуха, м2/с.

Уравнение (11) описывает процесс, в котором эжекция преобладает над торможением, что на практике наиболее часто встречается. Однако аналогичное уравнение может быть записано и для противоположного варианта. Для того, чтобы уравнением учитывались случаи, когда условие (1) не соблюдается, что весьма вероятно на практике, в него необходимо внести величину разрежения (давления) Р6 в приемном бункере. Введя обозначение

Б, = п^к1,25

г , V'75 п

(12)

получим:

У„:

1,62 -в

+ 1

-2УМУ + У2 +2,07-10«

+ 1,23 ^ Р$

б _

= 0 , (13)

С с 1 - - V2 р

ув -^Г^-1 +2У У-У2 -2,07-106——+ 1,23—^ = 0 . (14) 41,62-8 ) рв,

При отсутствии вертикального желоба процесс взаимодействия потока сыпучего материала и воздуха существенно отличается от рассмотренного. Расход воздуха, эжектируемого материалом, изменяется по высоте, изменяется площадь сечения воздушного потока, изменяется его структура. Для рассмотрения движения потока воздуха в условном канале в Эйлеровом представлении о движении сплошных сред в цилиндрической системе координат использована схема процесса, представленная на рис.4.

Рис.4. Теоретическая модель процесса взаимодействия материала и воздуха в неограниченном пространстве

Уравнение количества движения для воздушного потока, к которому попутно присоединяется некоторое количество воздуха через контрольную поверхность, запишется в следующем виде:

• а(МУ)= р<К | | У,2,г<кч1<р-рсК | У„Со80Ьп -

О О XI

(15)

2« Я) 4 '

-р<к| | V12jrdrdф .

о о

Согласно теории о количестве движения его изменение во времени равно результирующей сил, приложенных к массе:

а(му) _

сК

-Ю

(16)

Здесь и выше: М - масса воздуха в выделенном объеме, (р - угол координат, И - радиусы поперечного сечения потока, Ьп - расход воздуха

через боковую поверхность, - результирующая сил, действую-

щих в выделенном объёме. Проекция на ось ОХ равнодействующей внешних сил из уравнения Навье-Стокса будет равна:

2

20.-1

гр

Эх

■ +

1 1 ИУм-У)

--Г

г дг I

дг

+

92(ум-У)

Эх2

дер2

Rdфdx+ | |Ра^гёф .

■ +

у

И

(17)

Величина аэродинамического сопротивления, оказываемого воздухом движению частиц материала на элементарной площадке гс!г(1ф может быть определена из выражения:

Га=8р(Ум-У)2 . (18)

После ряда преобразований на основе уравнения (15) с учетом уравнения (18) и последующего интегрирования получено следующее выражение:

1-

V,

у.:

(19;

м ;

Допущение о применимости для рассматриваемого случая спосо-5ов осреднения скорости движения материала и определения интегральной аэродинамической характеристики потока частиц позволяет получить зависимость для расчета расхода воздуха в любом сечении потока.

\т1 N

угГ

1

БУ

V'

-2—+1=0 V

(20)

Экспериментальная проверка полученной теоретической зависимости была проведена на стенде, позволяющем исследовать процесс, максимально приближенный к принятой теоретической модели. Усло-зия эксперимента были близки к описанным ранее. В широком диапа-юне изменения геометрических параметров условного канала, а также крупности и расхода материала были определены расходы воздуха в условном канале и в спутном потоке с применением методов визуали-$ации потоков и фотосъёмки. Результаты расчетов и экспериментальные данные обобщены на графике (рис.5).

СЬж/РСТР) м/с

6 5 4 3 2 1

1

у £

Ш Р

/ \ \1

■'к-

✓

щ

/ и

1

О 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5

1, м

Рис.5. Зависимость относительного расхода эжектируемого воздуха" от высоты падения материала 1 - результаты экспериментов с учетом спутного потока; 2 - то же без спутного потока; 3 -результаты теоретического расчета

/

Дальнейшая обработка результатов исследований позволила установить окончательный вид формулы для расчета расходов воздуха:

Цж = (ч7 +1)" ф'" А ' V • РСтР , (21

стр

V I

й факт спутн

где ф = -==*-— , = —-— - экспериментально определенные

^расч ^ сгр

коэффициенты, равные соответственно 0,9 и 0,31; ^стр, Ьспут Ьэж - расход воздуха в основном потоке, в спутном потоке у суммарный, м3/с; Рстр - площадь поперечного сечения основного потока, м2, Уфакт, V - средние фактическая и расчетная скорости воздуха в основном потоке, м/с.

Таким образом, получены основные расчетные зависимости для определения расходов в запыленных воздушных потоках, образующихся при вертикальном падении перегружаемого материала I неограниченном пространстве и в желобах. Следует отметить, что ус ловия движения сыпучих материалов в производственных процесса) отличаются от рассмотренных выше. В большинстве случаев в перегру зочных узлах имеются участки, на которых сыпучий материал движет ся по наклонным желобам (поверхностям), изменяет направление дви жения, и т.д. Учитывая многообразие возможных вариантов движение материала, в данной работе предпринята попытка поиска универсаль ного способа учета влияния условий движения на аэродинамическук характеристику потока в целом. Была найдена возможность аппрокси мировать существующие громоздкие расчетаые зависимости, подвер женные субъективной оценке исходных параметров для расчета, и по лучить достаточно четкое выражение для определения усредненногс ускорения движения материала с учетом местных условий:

а = I — , (22

Ь Н

где Z - коэффициент, учитывающий число поворотов потока; 1 - сум ма длин проекций наклонных участков на горизонтальную поверх ность, м; Н - разность между отметками верхнего и нижнего конвейе ров, м; 7 - базовая величина ускорения движения материала, м/с2.

В дальнейшем найден способ определения коэффициента п, ха

жтеризующего снижение интенсивности динамического взаимодей-гвия материала и воздуха в условиях изменения направления движе-ия потока сыпучего материала. Для этого использовался обширный сспериментальный материал, полученный при производственных сследованиях на многих десятках промышленных объектов.

Обработка экспериментальных данных произведена таким обра-)м, что коэффициент п может быть введён в качестве поправочного в эсчетную зависимость (10) как множитель к правой части уравнения.

Уравнения (10, 13, 14, 19-21) послужили основой для разработки яда методик расчета расходов воздуха в укрытиях перегрузочных злов, характерных для различных технологических цепочек предпри-гий горно-металлургического комплекса. Для расчета количества уда-яемого от перегрузочного узла аспирационного воздуха необходимо ценить влияние на рассмотренные выше процессы разрежения, созда-аемого аспирационными отсосами.

Особенно это актуально для II - IV групп оборудования. Посколь-у процессы эжекции воздуха материалом и всасывания его аспираци-нными устройствами взаимодействуют весьма интенсивно, их право-¡очно рассматривать как единый процесс, происходящий в аспираци-нной сети. В этом случае укрытие становится элементом аспирацион-ой сети, и требуется его соответствующая оценка. Наиболее наглядно то можно продемонстрировать на примере перегрузочного узла кон-ейерного транспорта (см. рис.6). В общем случае потери давления в ерегрузочном узле будут равны:

, (23)

Де С„ +£ж-К,кр > (24)

звх> ^вых " к-м-с- входу в верхнее и в нижнее укрытия соответственно. I целью определения последних величин были проведены эксперимен-альные исследования, данные которых были обработаны в соответст-;ии с обобщенным уравнением:

^ = 2Еи = Г

{ рвх ТГвн рнр

нп . нп . нп

' Е ' Е ' Е

Ч ж ж ж у

(25)

¡десь: Г°п*, Р^ - площадь неплотностей верхнего и нижнего укрытий; ^нп " площадь неплотностей внутреннего укрытия (башмака) для ДВОЙНЫХ укрытий.

Рис.6. Расчетная схема аспирации перегрузочного узла конвейерного транспорта. 1,2,3 - расчетные участки

В результате были определены к.м.с. наиболее распространенных типов укрытий и выработаны соответствующие рекомендации по их применению. Рассматривая перегрузочный узел как единое целое с аспирационной сетью, можно говорить о том, что сеть имеет два побудителя тяги: падающий сыпучий материал и вентилятор аспирационной сети. Непременным условием обеспыливания того или иного перегрузочного узла является выполнение на границах рассматриваемых процессов требования:

Ршб<0. (26)

Исходя из этой концепции, в данной работе построены методически основы расчета расходов воздуха.

3. ОСНОВЫ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЛОКАЛИЗУЮЩИХ

УСТРОЙСТВ

Практика показала, что эффективная локализация пылевыделений возможна лишь в том случае, если при конструировании локализующих устройств учитывается динамика формирования и развития запылен-

ых потоков. Введение специальных конструктивных элементов в ук-ытия и отсосы дает возможность изменять структуру и направление вижения потоков воздуха, изменять эпюры скоростей и давлений с ;елью облегчения решения задачи, повышать устойчивость процессов беспылйвания, уменьшать затраты на эти цели (см. рис. 7).

Рис .7. Схемы укрытий: ) с цилиндрической верхней стенкой (а.с. 921994); б) с боковыми вен-•илируемыми карманами (а.с. 1640082); в) с циркуляционным каналом а.с. 950925); г) комбинированного типа (пат. 1427081)

Вышеприведенные результаты исследований позволяют по-ювому взглянуть на процессы, происходящие в укрытиях. Рассматри-;ая перегрузочный узел как участок аспирационной сети, нетрудно оп->еделить круг задач, решением которых достигаются оптимальные податели работы локализующих устройств. Особенно это актуально для 'крытий узлов перегрузки конвейерного транспорта, отсосов от про-

межуточных бункеров (емкостей), устройств для локализации пылевы-делений от подвижного пылящего оборудования.

В рамках данной работы рассмотрен и научно обоснован ряд способов усовершенствования укрытий конвейерного транспорта с учетом требований аэродинамики аспирационных сетей. На рис. 7 показана схема укрытий, новые конструктивные элементы в которых улучшают характеристики укрытий, позволяют оптимизировать процесс обеспыливания и уменьшить потребный для этого расход удаляемого воздуха.

В процессе исследований для каждой из конструкций получены расчетные зависимости, рекомендованы оптимальные геометрические соотношения элементов, определены области применения.

Ориентировочными показателями для оценки влияния новых конструктивных элементов на воздухообмен в укрытиях могут послужить данные, приведенные в таблице 3.

Таблица 3

Снижение расходов воздуха в укрытиях с новыми конструктивными элементами

Тип укрытия Снижение расхода, %

макс. средн.

С цилиндрической верхней стенкой 15,9 12,0

С боковыми вентилирующими карманами 25,1 14,1

Комбинированного типа 36,7 18,6

С циркуляционным каналом 67,8 46,2

В таблице 3 приведены данные в сравнении с укрытием коробчатого типа. Потребный для локализации пылевыделений расход воздухг является одним из основных, но не единственным показателем эксплуатационных качеств укрытий. Большое значение имеют металлоёмкость, компактность, удобство в эксплуатации, устойчивость процессе обеспыливания к колебаниям расхода воздуха в аспирационной сети Совокупность требований, предъявляемых к конструкции укрытия местными условиями, определяют пути его конструктивного усовершенствования. Рассмотренные в данной работе способы достижения это? цели позволяют получить научно-обоснованное решение для каждого

сретного случая.

В целях усовершенствования конструкции локализирующих уст-;тв для приёмных и промежуточных бункеров рассмотрены спосо-предупреждения отложений пыли в протяженных отсосах, наи-:е часто применяемых в проектах систем обеспыливания приёмных серов, а также применения циркуляции части воздуха в мощных аниках пылевыделений.

Для решения первой задачи рассмотрен воздуховод постоянного шического давления и равномерного всасывания. Расчётная схема то воздуховода приведена на рис. 8.

протяженным отсосом постоянного динамического давления

Исходным уравнением для анализа процесса послужило уравне-количества движений для секундного расхода, записанное в проек-с на ось ОХ:

Р*Рх Р.рАЯ вшв-

, ч , (30)

-тхрх(18 Сов© = с[(рГхУ2)

т - касательное напряжение; р - периметр сечения воздуховода, гетом того, что

X оУ2 dF

lSSin0 = dFx; т =-Н1_ ; р^Со5© = —(31) х 4 2 *

те ряда преобразований и интегрирования получено уравнение для .'деления скорости всасывания в шель:

V Р

г л ( Я "1

ра - Р0 + ц2У2 2+ А

V У 1 Ьф)

1п,

аТГ

Для определения ширины щели использована формула:

ясЦУСоэ©

Ь.

(3

4 Ь \¥х

В совокупности с исходными данными по расходу воздуха, дли1 отсоса и расчетной скорости в нем уравнения (32) и (33) позволяв произвести расчет геометрических параметров воздуховода. Исходя : условия, что

р - р

а_ к

рУ2 /2

получено выражение для определения к.м.с. отсоса

С

тг Г * \

С.

+

4 +

2tg©

•1п

N

<!0 + 2-ь^0

(3

- 1 . (3:

Проверка теоретических зависимостей была проведена при эксг риментальных исследованиях 13-ти вариантов отсосов на аэродинам ческом стенде. Результаты опытов показали хорошую сходимость данными теоретических расчетов.

Мощные источники пылевыделений, каковыми являются мес приёмки сырья в бункеры и погрузки готового продукта в вагоны ота чаются относительной кратковременностью действия. Расчет сист локализации при режимах максимального выделения пыли в этих 1 точниках приводит к большим габаритам и высоким затратам на с оружение систем. Нередко это становилось основным препятствием строительству аспирационных установок. В диссертационной рабе предлагаются пути вовлечения части эжектируемого возду в циркуляционный процесс на основе полученных закономерное! развития запыленных воздушных потоков, что приводит к суще« венному снижению потребных аспирационных воздухообмен« Это показано на примерах беспылевой выдачи кокса, обеспыливая взвешивающих бункеров в доменном производстве, печных бункеро] ферросплавном производстве.

Аспирация подвижного оборудования - одна из наименее разра(

\

пых проблем. В условиях, когда размещение автономной обеспыли-|щей установки непосредственно на движущемся оборудовании не-можно, единственным доступным способом обеспыливания его яв-гся соединение подвижного отсоса со стационарной централизован-системой. Поскольку задача аспирации стационарных приемных выдающих продукцию технологических сооружений, как правило, [ается, сооружение дополнительного устройства, обеспыливающего осредственно подвижное оборудование, позволяет усовершенство-3 решения по локализации и удалению запыленного воздуха всего плекса в целом. На рис. 1. 1Уа показана схема аспирации сбрасы->щей тележки барабанного типа с использованием дискового соеди-ия. Такое соединение максимально эффективно в тех случаях, когда бходим частичный отсос из зоны действия оборудования. В других чаях будет иметь место непроизводительный подсос, однако данный соб локализации может оказаться единственно реальным. Более то-полученные результаты исследований дискового соединения дают иожность выбрать достаточно экономичные параметры этого уст-ства. Дисковое соединение исследовано на аэродинамическом стен-ш основе обобщенных уравнений процессов, происходящих в меж-ковом пространстве и в соединяемых патрубках:

Ей

п Р

Ие

пр

Ке„

8 В Л' с!

Л

Еиотс +Еи, Ей

= Ъ

пр

В с1

(36)

сь Еи„р,Еиотв, Еи01С. - числа Эйлера, записанные для процессов яния потоков воздуха в соединении и на его границах; пр, Кес - числа Рейнольдса, характеризующие режимы движения

1уха между дисками и в стационарном патрубке; 8, с!, О - рас-1ние между дисками, диаметры патрубков и дисков.

Опытные данные были обработаны по принятой в работе методи-I были получены соответствующие функции, послужившие основой создания методики расчета подобных соединений. Аналогичные педования были поведены на модели подвижного отсоса, соединено с уплотненным конвейерной лентой коллектором (см. рис. 1 .IV б).

Исследовалась зависимость

\

/

которая после обработки приняла вид:

^ = 0,68-Ей

отс

отс

1'

/3

(38)

Здесь 1 , 1у - длина коллектора и расстояние от торца коллектора до

места расположения отсоса, м.

Уравнение (3 8) позволяет рассчитать необходимый расход воздуха в системе Ьа.

Разработка научных основ расчета систем с безосадительными коллекторами была направлена на повышение надежности работы аспирационных сетей. Существовавшие ранее коллекторные системы имели значительные преимущества перед обычными с разветвленными сетями воздуховодов - устойчивость к колебаниям расхода в сети и изменению числа и места расположения отсосов, простота увязки сопротивлений параллельных участков при гидравлическом расчете сети и другие. Однако их применение сдерживала низкая надежность средств удаления из коллекторов осевшей в них пыли. В данной работе созданы научные основы конструирования безосадительных коллекторов, проведены всесторонние исследования их аэродинамических и эксплуатационных характеристик, разработаны методы расчета аспирационных сетей с применением безосадительных коллекторов.

За основу конструкции скоростного безосадительного коллекторе принят воздуховод равномерного всасывания постоянного динамического давления, рассмотренный ранее. Он введен в конструкцию коллектора как пылеприёмный желоб. Верхняя часть коллектора принят« по схеме ГИПРОМЕЗа (г. Москва) каплеобразной формы и соединена с пылеприёмным желобом вертикальным щелевым каналом переменно? ширины (см. рис. 9).

Лабораторные исследования конструкции показали, что для расчета геометрических параметров пылеприёмного желоба вполне при-

4. ОСНОВЫ РАСЧЕТА АСПИРАЦИОННЫХ СЕТЕЙ С БЕЗОСАДИТЕЛЬНЫМИ КОЛЛЕКТОРАМИ

эдны расчетные зависимости, полученные ранее для протяженного гсоса постоянного динамического давления (33,34). Однако, для опре-еления к.м.с. коллектора потребовались специальные исследования.

Н&- А-А

—_ -1 _

- varia^ В -в А =1

-_1--

V,

Рис. 9. Схема конструкции скоростного коллектора (пат. 1720764)

ни проведены на основе обобщенного уравнения процесса

1

\

С = f

эторое после обработки опытных данных приняло вид:

V

Re;

(40)

Г

fFV ,5 Г1 ] i

4,42 — -1,94 0,593 + 0,00715

IFJ iaJ

-0,2

= 0,65

(41)

1,08 • — - 0,111

d.

1есь: С,к - к.м.с. коллектора; 1,11о,с1к - соответственно длина, началь->ш и конечный диаметры пылеприёмного желоба, м; Рщ,Гк - пло-адь сечения щелевого канала и площадь поперечного сечения пыле-эиемного желоба, м2.

Проверка расчетных зависимостей на запроектированных с их ис-зльзованием и реализованных на ММК (см. рис. 10) и НТМК системах

дала хорошую сходимость результатов расчета и опытных данных. Опыт эксплуатации аспирационных систем со скоростными безосади-тельными коллекторами показал, что такой тип коллекторных систем имеет весьма высокие эксплуатационные характеристики. Однако, скоростные коллекторы не всегда удобны при компоновке аспирационных сетей. Особенно отчетливо это прослеживается при проектировании аспирации нескольких параллельных технологических цепочек, работающих неодновременно в отсутствии какого-либо алгоритма. В этих случаях возникает потребность в нескольких побудителях тяги, обслуживающих общую централизованную аспирационную систему.

Электрофильтр

Труба

Отсосы от .укрытий

'Дымосос

х - точки замеров

разрежения (1,2, 3,3', 4, 5,6,7) ✓ - точки замеров средней скорости воздуха (1,13,14,15,16,17,18)

J в~

2 3 3' 4 5 б 7

е- обьое- с®- &

1 13 14 15 16 17 18

№ АР, № V,

точки Па точки м/с

1 430 1 11,6

2 430 13 11,5

3 420 14 10,4

--— | 3 410 15 10,1

4 450 16 10,5

5 470 17 10,5

6 458 18 11,3

7 472

Рис. 10. Результаты испытаний экспериментальной системы аспирации со скоростным коллектором (ДП-10 ММК)

На рис. II приведена схема централизованной аспирационной системы, принятой для реализации в аглоЦехе ОАО "Горняк" (г.Магнитогорск). Основой сети является вихревой коллектор, дающий возможность широкого варьирования работой дымососов и пы'леочист-ных аппаратов с учетом количества работающих технологических цепочек, состояния дымососов, плановых их остановов для проведения профилактических работ.

Рис. 11. Схема аспирационной системы с вихревым коллектором

Винтовое движение входящего в вихревой коллектор воздуха федупреждает осаждение пыли при самом неблагоприятном сочетании 1Ключснных в работу входных и выходных патрубков коллектора. Ис-:ледования аэродинамических характеристик вихревого коллектора в [абораторных условиях позволили получить данные о потерях давле-шя на отдельных его участках при расчетных геометрических и аэро-щнамических параметрах аспирационной сети в целом и коллектора в [астности. Приведем лишь окончательную формулу для определения ютерь давления в коллекторе:

ДР„ =29,24 Ц^

В

(42)

J

де с=к - сумма к.м.с. входу воздуха в коллектор, движению по нему до 1Ыходного патрубка и выходу; Увх - скорость воздуха во входном пат->убке, м/с; (1 - диаметр входного патрубка, м; В -диаметр коллектора, м.

По выбору геометрических размеров коллектора, условиям ег применения и расчету выработаны соответствующие рекомендацш содержащие формулы для расчета к.м.с. каждого из участков коллектс ра при расчетных режимах его работы. Расчетные зависимости прове рены на опытно-промышленной установке в корпусе коксосортировк; батарей № 9,10 НТМК. Промышленные испытания показали хорошуь сходимость расчетных и фактических параметров, а также подтвердил] высокие эксплуатационные показатели системы с вихревым безосади тельным коллектором.

5. РАЗРАБОТКА НОРМАТИВНО-МЕТОДИЧЕСКОЙ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ, ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ

Результаты выполненной работы были положены в основу еле дующих документов:

-"Методические рекомендации по аспирации трактов шихтопода "чи и литейных дворов доменных печей. Бункерные эстакады. Литейны дворы" (Минчермет СССР, 1980);

-"Инструкция по комплексному улучшению условий труда н обогатительных фабриках металлургической промышленности " (Мин чермет СССР, Минцветмет СССР, 1982);

-"Методические рекомендации по аспирации трактов шихтоподач] доменных печей. Подбункерные помещения" (Минчермет СССР, 1982);

-"Методические рекомендации по аспирации трактов шихтопода чи заводов ферросплавов" (Минчермет СССР, 1984);

-"Методические рекомендации по расчету и применению укрыти компенсационного типа мест загрузки ленточных конвейеров" (Мин чемет СССР, 1985);

-"Методические рекомендации по аспирации технологических прс цессов предприятий цветной металлургии" (Минцветмет СССР, 1985);

-"Методические рекомендации по применению и расчету систе( аспирации с малоемкими коллекторами" (Минчемет СССР, 1985);

На основе результатов проведенных исследований разработан типовая документация - "Коллекторы скоростные. Рабочие чертежи (Госстрой СССР 1989).

Специальным конструкторским бюро НИИ охраны труда разрабс таны рабочие чертежи на тринадцать различных локализующих уст ройств. Два типа укрытий конвейерного транспорта подготовлены

ерийному производству и прошли приемочные испытания. Разработа-ы и утверждены в Минчермете СССР и Минтяжмаше СССР соответ-твенно Технические задания: "Система аспирации повышенной эф->ективности и надёжности работы" (1987), "Комплексная система ас-ирации и пылеподавления дробильно-перегрузочной установки ДПУ-000" (1988). В разработке и утверждении документов на всех стадиях ринимали участие ведущие проектные и научно-исследовательские рганизации отраслей: ГИПРОМЕЗ (г.Москва) ,"Механобр" (г. Санкт-1етербург), Иргиредмет (г.Иркутск), НИИтяжмаш (г.Екатеринбург), ¡НИИТБчермет (г.Челябинск) и многие другие.

Методические рекомендации применены при проектировании 42 рупных объектов более чем на 30 предприятиях. Свыше 20 проектов еализованы, достигнуты значительные социальный и экономический ффекты. Широкое внедрение получили укрытия оборудования, черте-си на которые распространялись НИИОТ (г. Екатеринбург) по заявкам редприятий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации в развитие научных основ повышения эффектив-ости борьбы с пылью на участках перегрузки сыпучих материалов азработаны способы усовершенствования средств локализации и ылеудаления промышленных аспирационных систем, а также созда-а единая методологическая основа их расчета.

Основные научные выводы и результаты исследований заклго-аются в следующем.

1.Аэродинамические параметры запыленных воздушных потоков, даляемых системами аспирации перегрузочных узлов, обусловлены ак динамическими процессами взаимодействия частиц материала и оздуха, так и влиянием отсосов промышленных аспирационных уста-овок.

2. Поток сыпучего материала в каждом перегрузочном узле имеет нтегральную аэродинамическую характеристику, свойственную толь-о ему и отражающую воздействие на окружающий воздух совокупно-ги всех частиц аэродисперсной системы.

3.Средняя скорость движения материала, необходимая для расче-а интегральной аэродинамической характеристики потока частиц, оп-еделяется динамическим равновесием между тормозящим и эжекти-уюицим действием сыпучего материала при движении его в стеснен-ых условиях по вертикальному закрытому желобу.

4.В общем случае результирующая сил сопротивления и эжекци обусловлена аэродинамической характеристикой потока сыпучего мг териала и имеет ту же физическую сущность, что и силы сопротивл« ния движению воздуха на участке аспирационной сети, но принимае как положительное, так и отрицательное значение.

5.Разработанная единая методологическая основа для расчет технических средств локализации и удаления запыленного воздуха зг ключается в расчете аэродинамических параметров перегрузочных у: лов как участков аспирационной системы, что устраняет главный не достаток существующих способов расчета, рассматривающих процес эжекции автономно.

6.Для создания новых конструкций укрытий перегрузочных узло конвейерного транспорта, приемных и промежуточных бункеров ис пользованы особенности аэродинамической структуры формирующю ся при перегрузке сыпучих материалов воздушных потоков, что позвс лило снизить интенсивность пылевыделений в перегрузочных узлах.

7. Сложный профиль изменения эпюры скоростей в безосадител! ном коллекторе даже при больших колебаниях расхода воздуха позвс ляет предотвратить оседание пыли на этом магистральном участке ас пирационной системы.

8. На основе полученных результатов созданы нормативнс методических документы, утвержденные в МЧМ и МЦМ СССР, коте рые широко используются в практике проектирования промышленны аспирационных систем ведущими проектными организациями отрас лей.

9. Внедрение результатов работы осуществлено посредством ра: работки документации различного уровня (от типовой документаци Госстроя СССР до комплектов рабочих чертежей на конкретные техш ческие решения), проведения работы по подготовке технических реик ний к серийному производству, разработки технических заданий и создание беспылевых технологий, участия ведущих проектных и нау1 но-исследовательских организаций в разработке, утверждении и пр1 менении технических решений и нормативно-методических докуме! тов на всех стадиях.

10. Реализация проектов аспирационных систем и установок, вь полненных с использованием результатов работы, позволила улучшит условия труда около 10 тысяч трудящихся при экономическом эффект свыше 200 миллионов рублей.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Гервасьев A.M., Олифер В.Д. К вопросу о динамическом взаимодейст-ш воздуха и падающего по течке сыпучего материала // Научные работы ин-гитутов охраны труда ВЦСПС. - М.: Профиздат, 1973.- Вып. 84.-С. 3 - 5.

2. Гервасьев A.M., Олифер В.Д. Определение средней скорости падения атериала по вертикальным перегрузочным течкам // Научные работы инсти-/тов охраны труда ВЦСПС,- М.: Профиздат, 1973.- Вып. 85.-С. 21-24.

3. Гервасьев A.M., Олифер В.Д. Моделирование процессов, происходя-их в перегрузочных узлах //Научно-технический прогресс в промышленно-ti: (Сборник) / УПИ им. С.М.Кирова.- Свердловск, 1974.-С. 3-5.

4. Гервасьев A.M., Олифер В.Д. Влияние отдельных параметров на прочее динамического взаимодействия воздуха и падающего по течке кускового атериала // Научные работы институтов охраны труда ВЦСПС.- М.: Профиз-1т, 1974,- Вып. 89.-С. 12- 17.

5. Гервасьев A.M., Олифер В.Д. Расчет аспирационных воздухообменов ;регрузочных узлов //Расчет систем отопления и вентиляции: (Сборник) / ПИ им. С.М. Кирова,- Свердловск, 1976.-С. 9-20.

6. Олифер В.Д., Попова Н.П. Аспирация головки подвижных сбрасы-1ющих тележек // Актуальные вопросы охраны труда: Сб. научных работ ин-итутов охраны труда ВЦСПС.- М.: Профиздат, 1979.-С. 75 - 79.

7. Олифер В.Д., Попова Н.П. Борьба с пылью при загрузке емкостей суши пылящими материалами // Борьба с пылью и профилактика пневмоко-юзов на предприятиях угольной промышленности: (Сборник) 1НИЭИУголь,-М., 1979.- С. 159-161.

8. Олифер В.Д., Попова Н.П. Расчет аспирационных воздухообменов при грузке закрытых бункеров сыпучими материалами // Технический прогресс и ;рана труда: Сб. научных работ институтов охраны труда ВЦСПС.- М.: Про-юдат, 1981.-С. 106-110.

9. Олифер В.Д., Попова Н.П. Расчет количества воздуха, эжектируемого гаучими материалами при загрузке их в открытые бункеры // Повышение зфективности технических средств охраны труда: Сб. научных работ инсти-тов охраны труда ВЦСПС.- М.: Профиздат, 1981.- С. 42-44.

10. А. с. 854853 СССР, МКИ3 В 65 G 69/18, В 65 G 3/00. Бункер для хранил и выгрузки сыпучих пылящих материалов / Олифер В.Д., Попова Н.П. :ССР).-№ 2675186/27-1 1; Заявлено 18.10.78; Опубл. 15.08.81, Бюл. № 30 // гкрытия. Изобретения,- 1981.-№30.

11. А. с. 921994 СССР, МКИ3 В 65 G 21/00, Е 21 F 5/00. Аспирационное :рытие загрузки ленточного конвейера / Олифер В.Д., Козинец С.А., Хватов Ю. (СССР).-№ 2972381/27-03; Заявлено 15.08.80; Опубл. 23.04.82, Бюл. ! 15// Открытия. Изобретения,- 1982.-№15.

12. А. с. 950925 СССР, МКИ3 Е 21 F 5/00, В 65 G 3/18, В 01 D 41/00. Укры-ie мест перегрузки сыпучих материалов // Олифер В.Д., Рабинович В.Б., Конец С.А. (СССР).- № 3233960/22-03; Заявлено 09.01.81; Опубл. 15.08.82, ол. № 30 // Открытия. Изобретения.- 1982.-№ 30.

13. Ояифер В.Д., Козинец С.А., Батанина A.B. Определение аэродинамических характеристик укрытий мест перегрузки сыпучих материалов // Техника безопасности и производственная санитария: Сб. научных работ институтов охраны труда ВЦСПС,- М.: Профиздат, 1983,- С. 76-80.

14. Олифер В.Д., Козинец С.А., Батанина A.B. Влияние аэродинамических характеристик укрытий перегрузочных узлов на расчет аспирационных воздухообменов // Физико-технические проблемы управления воздухообменом в горных выработках большого объема: Тез. докл. Всесоюзного научно-технического симпозиума, г. Кохгла -Ярве, 27-30 июня 1983 г.- Л.: ЛГИ,-1983,- С. 166.

15. А. с. 1104028 СССР, МКИ4 В 60 Н 1/24; В 66 С 13/54. Устройство для удаления воздуха от подвижного оборудования / Олифер В.Д., Попова Н.П., Батанина A.B. (СССР).-№ 3562167/27-11; Заявлено 07.01.83; Опубл. 23.07.84, Бюл. № 27// Открытия. Изобретения.-1984.-№ 27.

16. Методические рекомендации по аспирации трактов шихтоподачи и литейных дворов доменных печей. Бункерные эстакады. Литейные дворы / Олифер В.Д., Рабинович В.Б., Хватов Г.Ю.// Промышленная и санитарная очистка газов.-М.: ЦИНТИХИМНефтемаш,- 1984,- №5,- С. 20.

17. Методические рекомендации по аспирации трактов шихтоподачи j литейных дворов доменных печей. Подбункерные помещения / Олифер В.Д. Попова Н.П., Козинец С.А. и др.// Промышленная и санитарная очистка газов.-М.: ЦИНТИХИМНефтемаш,- 1984,- №5.- С. 20.

18. Методические рекомендации по аспирации трактов шихтоподачи заводов ферросплавов / Олифер В.Д., Рабиновт В.Б., Попова Н.П. и др./ ВНИИОТ ВЦСПС в г. Свердловске,- 1984,- 80 с.

19. Методические рекомендации по расчету и применению укрытий ком пенсационного типа мест загрузки ленточных конвейеров / Олифер В.Д., Попо ва Н.П., Лазарева С.А. и др.//ВНИИОТ ВЦСПС в г. Свердловске,- 1985,-96 с.

20. Методические рекомендации по аспирации технологических процес сов предприятий цветной металлургии. Золотоизвлекательные фабрики / Оли фер В.Д., Рабинович В.Б., Попова Н.П. и др. // ВНИИОТ ВЦСПС в г. Сверд ловске,- 1985.- 65 с.

21. Олифер В.Д., Попова Н.П. К вопросу повышения эффективности ра боты систем аспирации // Современные направления развития промышленно! вентиляции: Материалы семинара.- М.: МДНТП,- 1986.

22. А. с. 1372160 СССР, МКИ4 F 24 F 7/06. Аспирационная установка Олифер В.Д, Попова Н.П., Лиходед Е.В. и др. (СССР).-№ 3993045/29-06; Заяв лено 23.12.86; Опубл. 07.02.88, Бюл. № 5 // Открытия. Изобретения,- 1988.-№5.

23. Патент № 1427081, МКИ4 Е 21 F 5/00; В 65 G 21/00. Укрытие мест пе регрузки сыпучего материала / Олифер В.Д., Попова Н.П., Лазарева С.А. и др (СССР).-№ 4160020/22-03; Заявлено 15.12.86; Опубл. 30.09.88, Бюл. № 36 , Открытия. Изобретения.- 1988.-№36.

24. А. с. 1443985 СССР, МКИ4 В 08 В 15/00. Аспирационная установка Олифер В.Д, Попова Н.П, Жидков А.О. и др. (СССР).-№ 4244737/28-12; Заявле но 12.05.87; Опубл. 15.12.88, Бюл. № 46//Открытия. Изобретения.- 1988.-№46.

25. Олифер В.Д., Попова Н.П., Жидков А.О. Всасывание воздуха конусам воздуховодом с продольной щелью // Научно-технический прогресс и :рана труда: Сб. научных работ институтов охраны труда ВЦСПС.- М.: Про-одат, 1989,- С. 30-33.

26. Коллекторы скоростные систем аспирации с расходом воздуха 2,51,0 тыс. м3/ч м: Рабочие чертежи А2В076.000 - А2В081.000. Выпуски 1 - 6 / юстрой СССР, СантехНИИпроект.-М., 1989.

27. Олифер В.Д., Лазарева С.А., Попова H.II. Сравнительные характери-ики укрытий узлов загрузки конвейерного транспорта // Совершенствование ловий и охраны труда: Сб. научных работ институтов охраны труда ДСПС,- М.: Профиздат, 1989,- С. 27-30.

28. Олифер В.Д., Панков В.М. Совершенствование конструктивных ре-гний укрытий перегрузочных узлов // Обогащение руд: Информ. сб. (бюлл.).--Петербург, 1991.-№4,- С.26-29.

29. А. с. 1640082 СССР, МКИ5 В 65 G 69/18, Е 21 F 5/00. Аспирационное ук-1тие тракта перефузки сыпучего материала / Олифер В.Д., Лазарева С.А., Гри-рьева Г.В. и др. (СССР).-№ 4609096/11; Заявлено 24.11.88; 0публ.07.04.91, Бюл." 13 //Открытия. Изобретешь.- 1991.-№13.

30. Патент 1720764 РФ, МКИ В 08 В 15/00. Аспирационная установка / шфер В.Д., Попова Н.П., Жидков А.О. и др. (РФ).-№ 4638400/12; Заявлено .01.89; Опубл. 23.03.92, Бюл. № 11 //Открытия. Изобретения,- 1992.-№11.

31. Рекомендации по подбору скоростных коллекторов систем аспира-и: A3-1011 / СантехНИИпроект.- М., 1993.-13 с.

32. Олифер В.Д. Скоростные коллекторы для систем аспирации // Кокс и мня.- М.: Металлургия, 1997,- № 11,- С. 34-36.

33. Патент 2088629 РФ, МКИ6 С 10 В 33/00. Устройство для снижения [бросов вредных веществ при выдаче кокса из горизонтальных коксовых чей / Олифер В.Д., Стефаненко В.Т. (РФ).-№ 95100109/25; Заявлено .01.95; Опубл. 27.08.97, Бюл. № 24 // Открытия. Изобретения,- 1997.-№24.

34. Олифер В.Д., Стефаненко В.Т., Щукина H.A. Усовершенствование рытий - один из эффективных путей уменьшения выбросов в атмосферу // :ологические проблемы промышленных регионов: Тезисы научно-кнической конференции «Уралэкология Техноген - 2000».- Екатеринбург: д-во «Деловая книга», 2000.- С. 91-92.

Подписано в печать 22.11.2000 г. Формат 60x84 1/16 п.л. Тираж 150 зкз. Заказ № 2968.

Отпечатано в Полиграфическом центре АМБ

(Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД № 38-75) 620026, г. Екатеринбург, ул. Р. Люксембург, 59 Тел.: 22-05-92, 22-17-70